CN105189202B - 用于控制物料推卸系统的方法与控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在车辆(10)行进的同时，使用物料推卸系统(40)通过将物料(30)从车辆(10)的尾部推出而摊铺物料(30)。摊铺物料的深度和摊铺的均匀性取决于许多因素，对于车辆(10)操作人员而言控制这些因素是困难而复杂的。在本发明中，从车辆(10)推卸物料的速度是基于车辆(10)的测量速度而设定的。

Description

用于控制物料推卸系统的方法与控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制物料推卸系统的方法与控制装置。

背景技术

适用于运载物料的车辆通过提高荷载区前端的方式卸料，使该物料沿着荷载区下滑并从车辆的后部卸落。然而，提高荷载区的同时也提高了车辆的重心，因此，降低了车辆的稳定性，使得当车辆移动，尤其是在斜面、边坡或者松软的地面上移动时，可能不能安全地完成卸料作业。

或者，可以利用推板将物料推出车辆，该推板沿着荷载区底板从前部向后部移动，从而将物料推出车辆后部。由于推卸机构的操作没有提高车辆的重心，因此可以在车辆移动时卸料。当物料需要沿车辆行进的地面摊铺时，例如在公路施工作业中，这点尤其有用。从车辆卸料的同时进行物料摊铺，可以减少对例如推土机等物料摊铺装置的后续需求，从而允许加快循环周期以及降低成本。

美国专利2004/0173088描述了一种带有推板的车辆，该推板沿着荷载区的底板移动，从而将物料推出车辆后部。推板由多级液压缸驱动，其中每级汽缸具有不同的流体体积。车辆设置为当操作人员输入所需的推板速度时，不论当前驱动推板的是哪一级汽缸，控制系统都能够确保维持所选的推板的速度。如果车辆操作人员保持恒定车速，推出的物料可以均匀的摊铺在地面上。然而，这要求操作人员小心的控制车速，而这增加了车辆作业的难度。此外，当车辆操作人员不能维持车速的时候，例如由于障碍物导致减速或斜面导致减速时，物料不能再均匀的摊铺。

发明内容

本发明提供一种用于控制物料推卸系统的方法，该物料推卸系统包括用于将物料推出车辆底板的推出器，该方法包括以下步骤：根据车辆的测量速度设定推出器相对于车辆底板的速度。

本发明还提供一种用于控制物料推卸系统的控制器，该物料推卸系统包括用于将物料推出车辆底板的推出器，该控制器被设置成：根据车辆的测量速度设定推出器相对于车辆底板的速度。

附图说明

结合附图仅以示例方式对控制物料推卸系统的方法和控制装置进行描述，其中：

图1示出具有物料推卸系统的车辆在物料推出前的局部横截面图，该物料推卸系统包括推板以及液压系统；

图2示出图1所示的车辆的局部横截面图，其中物料推卸系统正在进行物料推卸；

图3示出根据本发明的一个方面的对图1和图2所示的推板的速度进行控制的控制过程；

图4示出根据本发明的另一个方面的对图1和图2所示的推板的速度进行控制的控制过程；

图5示出用于控制图1和图2所示的物料推卸系统的控制器的示意图；以及

图6示出可以在其内部使用图1和图2所示的物料推卸系统的车辆。

具体实施方式

图1示出装有物料推卸系统40的车辆10，该物料推卸系统用于将位于物料容器20中的物料30推出。所述车辆10可以是带有驱动轮的车辆(如卡车)，或无驱动轮的车辆(如设计为可以由其它带有驱动轮的车辆牵引的拖车)。在图1所示的配置中，物料容器20中的物料30的推卸还未开始。因此，门50处于闭合位置以辅助将物料30保留在物料容器20中，而且物料推卸系统40处于初始位置。当车辆10在场地间移动时，其可保持在如图1所示的配置，以便物料30保留在车辆10中。

物料推卸系统40可包括推板42和多级液压缸44，该多级液压缸设置用于将推板42从图1中所示的初始位置移动到物料容器20的后部60，将物料30从物料容器20中推出。推板42可设置成位于物料容器20的底板22上，以便当推板42向物料容器20的后部60移动时，推板42可以将放置于底板22上的所有物料30都推向物料容器20的后部。

图2示出在通过物料推卸系统40推卸物料30期间的车辆10。门50处于打开位置，以便将物料30从物料容器20的后部60推出到地面。多级液压缸44处于伸出位置，其已推动推板42沿着底板22向物料容器20的后部60移动。随着推板42被多级液压缸44沿着底板22推动，物料30被推板42从物料容器20的后部60推出到地面。

多级液压缸44可以是本领域技术人员所熟知的任意类型。例如，它可以包括三级液压缸，其中每级汽缸具有不同的流体体积。流体泵入多级液压缸44，迫使多级液压缸44伸出。多级液压缸44内的各个汽缸可以由流体驱动并依次伸出，使得当第一汽缸完全伸出后，第二汽缸开始伸出，直到所有汽缸都实现其完全伸出。由于每个汽缸可具有不同的体积，因此特定体积流量的流体进入多级液压缸44的速度可以导致不同的伸出速度，这取决于流体当时驱动哪一个汽缸。

流体可以通过由发动机驱动的变量泵泵入多级液压缸44。若车辆本身包括发动机(例如用来驱动车轮)，则泵可以用该发动机驱动或由不同的发动机驱动。若车辆没有任何驱动轮(例如其是拖车)，则发动机可以是特别用于驱动泵的发动机，或可以位于其它位置(如在牵引推出器车辆的车辆上)。流出变量泵的体积流量和流入多级液压缸44的体积流量可以通过发动机转速和泵内的旋转斜盘倾角的组合来控制。在更大的旋转斜盘倾角，可以允许更多的流体离开泵并进入多级液压缸44中，从而导致更大的流体流量和因此更快的多级液压缸的伸出速度。同样，在更大的发动机转速下，流出泵的流体的体积流量和流入多级液压缸44的流体的体积流量可以增加，再次导致了更快的多级液压缸的伸出速度。因此，基于发动机的当前转速以及流体当前所驱动的汽缸的体积，通过调节变量泵的旋转斜盘倾角可以控制伸出速度和因此而导致的推板42相对于物料容器20的速度，以获得所需的速度。

当物料30被从物料容器20推出时，车辆10可以向前行进，使物料30可以摊铺在地面的区域上。推板42相对于物料容器20的速度决定了可以多快地将物料30从物料容器20中推出到地面上。每单位时间从物料容器20推出的物料30的量是决定物料30多厚和多均匀地摊铺在地面上的因素中的一个。决定物料30摊铺在地面上的厚度和均匀度地另一个因素是车辆10相对于地面的速度。

例如，如果车辆10相对于地面的速度是恒定的，那么更快的物料推出速度将导致物料30摊铺在地面上的厚度较高。物料推出速度的任何变化都可导致物料30在地面上的厚度改变，并因此导致物料30的不均匀摊铺。

然而，如果物料推出速度是恒定的，那么相对于地面较低的车速可以导致物料30更厚地摊铺在地面上。车辆10相对于地面的速度的任何变化都可以导致物料30在地面上的厚度改变，并因此导致物料30的不均匀摊铺。

图3示出可以用于控制物料摊铺厚度和均匀度的控制过程。当操作人员使用例如控制界面(如按钮、开关或触摸屏图标)指示他们将开始摊铺物料30的时候，控制过程可被启动。

在步骤S310中，车辆10相对于地面的速度可以采用本领域技术人员公知的任何技术来确定。

在步骤S320中，推板42相对于物料容器20的速度基于车辆的速度进行设定。任何车辆速度下用来保持恒定的物料深度所需的推板42的速度可以从实验数据中获知。例如，从实验数据可以导出可使物料30均匀摊铺的车辆速度与推板速度之间的关系，从而使用将车辆速度作为变量的公式用于设定推板的速度。或者，可以使用查找表，其中车辆速度用作对查找表的输入，所需的推板速度可被读出。

推板速度可以通过控制流体注入多级液压缸44的速度来设定。这可以按如上述说明通过设定驱动多级液压缸44的变量泵中适合的旋转斜盘倾角来实现，使得针对当前的发动机转速及当前被驱动的液压缸的体积，获得流体注入到多级液压缸44中所需要的速度，并因此获得所需要的推板速度。

因而，当操作人员指示他们要开始物料摊铺的时候，车辆的速度将被确定，推板的速度被相应地设定。因而，例如如果在操作人员指示他们想要开始物料摊铺的时候车辆已经在行进中，那么当前的车辆速度被识别，并根据该车辆速度确定合适的推板速度然后设定。

已经在步骤S320中设定推板速度后，接着在步骤S330中可以确定推板42是否位于其行程的末端。当推板42不能向车辆的后部60进一步移动时，它可能位于其行程的末端处，这样物料30不能再被推出。这可能发生在多级液压缸44完全伸出的时候。可以通过识别多级液压缸44内流体压力的尖峰来确定多级液压缸44到达其行程的末端。当多级液压缸44已经到达其行程的末端之后流体仍然被泵入到多级液压缸44中时，可以引起这种尖峰。

如果确定推板42在其行程的末端，则图3中所示的控制过程结束，然后流体从多级液压缸44泵出使推板42返回到初始位置。

然而，如果判断推板42不在其行程的末端，控制过程可返回至步骤S310，这样控制过程将记录车辆速度中的任何变化，并可在随后的步骤S320中改变推板的速度，以便维持恒定的物料深度。因此，通过改变推板的速度来补偿车辆速度的变化，从而保持摊铺的物料深度一致。

或者，在多级液压缸44达到其行程末端之前，操作人员可用信号指示物料摊铺作业结束，此时，图3所示控制过程可结束，并且推板42可返回其初始位置。

使用巡航控制系统可将车辆10的速度维持在预定范围内。当这样的系统运行时，巡航控制允许的车辆速度中的合成微小变化不太可能需要推板42相对于物料容器20的速度发生显著变化。因此，很可能当巡航控制运行时，推板42的速度可保持恒定。然而，操作人员仍然可以调节由巡航控制保持的车辆10的速度。例如，操作人员可以使用刹车，或踩下车辆油门，产生新的车辆速度并随后由巡航控制所维持。如果这种情况发生，上述的推板速度控制过程可以识别车速的改变并相应地调整推板的速度，以便维持恒定均匀的物料摊铺。

或者，可由操作人员使用车辆刹车和油门手动控制车辆10的速度。在这种情况下，车速会更频繁和更大幅度地发生变化，假使如此，上述的推板速度控制过程预期对推板速度做出更多的改变，以便维持恒定均匀的物料摊铺。

图4示出对图3所示的控制过程的修改。图4的控制过程增加了步骤S305，其中需要考虑操作人员输入的可设定所需物料深度的设定。所需物料深度的设定可以仅仅是大致的，例如浅的、适中的或深的，或者设置更为精确，例如2cm、3cm或5cm。

除车速之外，此设定可以被用作设定推板速度时的另一个因素。例如，如果操作人员需要厚的物料深度，可将推板速度设定较快，但如果操作人员需要薄的物料深度，可将推板速度设定较慢。

因此，如果操作人员在物料摊铺过程中改变所需的物料深度的设定，控制过程可相应地调整推板的速度。

图4的控制过程还增加了步骤S315，其中可确定当前的推板速度。通过确定当前的推板速度，可将反馈引入控制过程。

步骤S305和步骤S315的任何一步或二者一起可以作为图3所示控制过程的修改来实施。

可以用多种不同的方式确定推板速度。第一技术可将线路的一端附接到推板42，并且将线路的另一端附接到电缆卷筒/电位计。

一种可替代的技术可以将线性传感器附接在多级液压缸44的内部或外部，并且通过传感器的输出确定推板的速度。

另一种可替代技术可以使用非接触式测速工具，例如光学设备装置，例如红外线或激光系统。系统可以设置用于将光从光学发射器(例如红外线发射器或激光发射器)发送到推板42，并且使用光学接收器(例如红外线接收器或激光接收器)测量反射光，以便确定推板42的位置，并且根据推板42位置随时间的任何变化来确定推板的速度。或者，相同的光学装置可以使用例如多普勒效应等其他效应来确定推板42的速度。

另一种可替代技术可以考虑多级液压缸44的工作条件，例如进入多级液压缸44中的流体的体积流量。这可以通过测定发动机转速以及用于驱动多级液压缸44的变量泵的旋转斜盘倾角并且通过获知被驱动汽缸的体积进行确定。例如，可以根据多少流体被泵入多级液压缸44中来确定推板42的位置。在整个物料推卸过程中，可以通过记录旋转斜盘倾角以及发动机转速来确定泵入多级液压缸44中的流体量。对于任何特定多级液压缸44来说，其伸出程度可以根据已被注入到其内的流体量来获知。

通过确定多级液压缸44的伸出程度，可以获知多级液压缸44内的哪个汽缸正在由注入的流体驱动。一旦知道哪个汽缸正在被驱动，则可以利用进入多级液压缸44的流体的当前体积流量确定多级液压缸44当前的伸出速度，从而确定推板42的速度。可以根据当前旋转斜盘倾角以及当前发动机转速来确定流体的当前体积流量。

因此，通过在推卸过程中对旋转斜盘倾角以及发动机转速进行测定，可确定推板42的当前速度，并且将其作为反馈以控制推板42的设定。

除了车辆速度以及在一些实施方案中的物料厚度设定，测量的推板速度可以用作设定推板速度的另外一个因素。例如，如果测量的推板速度低于保持所需厚度的推板速度，则可以通过控制过程将推板速度设定高一些，从而纠正此误差。

执行步骤S315后，控制过程可以执行如上述图3所述的步骤S320和S330。以这种方式，如果推卸仍在进行，任何所需物料厚度(步骤S305)和/或测量的推板速度(步骤S315)的变化可以被识别，并对推板速度的控制产生影响。

图5示出可用于执行上述控制过程的控制器500。控制器500可具有输入信号，输入信号包括车辆速度510的测定值。控制器500还可具有其他输入，这些输入包括测量的发动机转速520和所需物料深度设定530中的至少一个。然后，控制器500通过设定并利用控制信号550以及物料推卸系统40中的变量液压泵的旋转斜盘倾角来设定推板42相对于物料容器20的速度。

控制器500可以作为发动机控制单元的一部分进行实施，例如卡特比勒A5N2，或作为独立控制器实施。

本领域技术人员将很容易理解，本发明以上所述各方面可以实施许多替代方案。例如，控制器500不是靠接收发动机转速530的测量值来计算推板速度，而是该控制器500接收来自于电缆卷筒/电位计或光学系统的信号，从而确定推板42相对于物料容器20的速度。

此外，可以在不考虑多级液压缸44内的流体压力的情况下，对推板42是否处于其行程末端进行确定。利用例如电缆卷筒/电位计或光学系统或通过对发动机转速和旋转斜盘倾角的测定对推板42的速度进行确定的同时可以对推板42的位置进行识别，因此还可以确定推板42是否处在其行程末端。

此外，多级液压缸44可具有任意数量级的汽缸，包括单级液压缸。当有两个或多个汽缸时，所述汽缸可以如上所述各自依次伸出，或所有汽缸可以同时进行等量伸出。在后一种情况下，对于进入多级液压缸44的流体的给定体积流量，多级液压缸44在整个伸出过程中的伸出速度可以保持恒定。当多级液压缸44只有单级汽缸时，亦是如此。在这些情况下，当通过考虑发动机转速和旋转斜盘倾角来确定伸出速度时，不需要先确定推板42的位置，这是因为推板42的速度并不取决于多级液压缸44的伸出程度。

此外，虽然本发明上述各方面中多级液压缸44由具有旋转斜盘的变量泵提供动力，但任意其它的可以被控制的将流体以受控流体流量泵入多级液压缸44中的装置都可被使用。例如，可以使用定量泵，并且流体流量可使用流量控制阀(如滑阀)来控制。

此外，虽然在上述各方面中通过发动机转速和旋转斜盘倾角来确定被泵入多级液压缸44中的流体量和流体流量，但本领域技术人员所公知的任何用于流体流量测量的替代技术都可被使用。例如，定位于流体回路中的流量计既可用于定量泵也可用于变量泵。或者，如果使用定量泵，可通过发动机转速和用于调节流体流量的数量的流量控制阀的位置，确定泵入多级液压缸44的流体量和流体流量。

虽然在上述各方面中泵由发动机提供动力，但任意替代动力源都可以被用来给泵提供动力，例如电池。若使用发动机转速来确定泵入的流体量和流体流量，可以使用用于驱动泵的动力的模拟指示器，例如电压和电流模拟指示器。

此外，作为测量推板速度的光学系统的替代方案，基于声学的系统，如超声，也可被使用。在这样的系统中，声波从推板42反射回来的延迟和/或多普勒效应可以被用于确定推板42相对于物料容器20的速度。

此外，除了使用多级液压缸44，还可以使用能够设置用于使推板42相对车辆10的底板22移动的任意伸出装置，例如任意其它合适的液压装置或气动装置。

此外，推板42可以是适于附接到多级液压缸44、并且随着多级液压缸44的伸出向物料容器20的后部60推动物料30的任意部件。

此外，可以很容易地理解，无论在哪里测量流体体积流量，均可替代地测量流体的质量流量，然后利用流体密度直接推导出流体的体积流量。

工业实用性

本发明提供了一种基于车辆的测量速度来设定推出器相对于车辆底板的速度的方法和装置。通过以这种方式设定推出器的速度，可使从车辆上推出的物料均匀地摊铺在地面上，甚至当车速改变时也是如此。

因此，对于操作人员而言可以简化对车辆的控制，而不影响物料摊铺的均匀性，因为他们不再需要专注于保持稳定的车速，或为响应车速的改变而手动调节推板的速度。

Claims (7)

1.一种用于控制物料推卸系统的方法，所述物料推卸系统包括用于将物料从车辆底板推出的推板和设置用于使所述推板相对于所述车辆底板移动的液压装置，所述方法包含以下步骤：

基于所述车辆的测量速度和所述推板相对于所述车辆底板的测量速度来设定所述推板相对于所述车辆底板的速度，

其中所述推板相对于所述车辆底板的所述测量速度通过进入所述液压装置的流体的体积流量来确定，

其中进入所述液压装置的所述流体的体积流量由发动机提供动力的变量泵控制，并且

其中进入所述液压装置的所述流体的体积流量通过测量的发动机转速和所述变量泵的旋转斜盘倾角来确定。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述推板相对于所述车辆底板的测量速度还根据所述液压装置中的流体的量来确定。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述液压装置中的流体的量由发动机提供动力的变量泵控制，并且其中：

进入所述液压装置的所述流体的量通过记录所述测量的发动机转速和所述变量泵的旋转斜盘倾角来确定。

4.根据权利要求1所述的方法，其中设定所述推板相对于所述车辆底板的速度还基于操作人员的输入设定来进行。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述操作人员的输入设定指示从所述车辆推出的所述物料应被摊铺的厚度。

6.一种用于控制物料推卸系统的控制器，所述物料推卸系统包括用于将物料从车辆底板推出的推板和设置用于使所述推板相对于所述车辆底板移动的液压装置，所述控制器设置成：

基于所述车辆的测量速度和所述推板相对于所述车辆底板的测量速度设定所述推板相对于所述车辆底板的速度，

其中所述推板相对于所述车辆底板的所述测量速度通过进入所述液压装置的流体的体积流量来确定，

其中进入所述液压装置的所述流体的体积流量由发动机提供动力的变量泵控制，并且

其中进入所述液压装置的所述流体的体积流量通过测量的发动机转速和所述变量泵的旋转斜盘倾角来确定。

7.一种车辆，其包括：

权利要求6所述的控制器；以及

用于将物料从所述车辆底板推出的物料推卸系统。